Thiopave沥青混合料性能及应用研究

范虎彪

摘要：采用ATB25、AC25两种级配，对比分析了Thiopave沥青混合料的性能，并对某高速公路实际应用的效果及存在的问题进行探讨。结果表明，Thiopave沥青混合料能有效节约沥青用量，有优良的路用性能、良好的压实效果；在应用中需改进Thiopave添加设备，控制Thiopave掺加比例不超出40%，采取措施以减少刺激性气体排放。

关键词：Thiopave；沥青混合料；路用性能；环保

中图分类号：U528.04文献标志码：B

0引言

近年来，随着石油价格和沥青价格的不断上涨，SBS、SBR改性沥青的价格也快速攀升，大大增加了沥青路面的施工成本；因此，价格较低且改性效果较好的硫磺改性沥青成为目前公路建设投资方的一个选择。Thiopave是SEAM（Sulphur extended asphalt modifier）的升级产品，它是由Shell公司研发的一种硫磺温拌改性剂，常温下为褐色颗粒物[1]。国内学者对硫磺沥青混合料的性能、机理、压实特性等进行了一些研究[23]，鉴于Thiopave已经越来越广泛地被应用于道路工程中，本文结合某高速公路的实际应用，以ATB25、AC25两种级配，对比分析Thiopave改性沥青混合料的性能，探讨其应用效果及相关问题。

1原材料及配合比

1.1沥青

（1） ATB25沥青混合料所用沥青为70#A级道路石油沥青。其技术指标见表1。

（2） AC25沥青混合料分别采用壳牌特种沥青、普通SBS改性沥青，技术指标见表2、3。

1.2Thiopave改性剂

壳牌公司对Thiopave颗粒的技术要求进行了规定，如表4所示。在实际应用中给Thiopave沥青混合料加入W3除味剂。W3除味剂是一种有机化合物，可以降低Thiopave 施工过程中的气味和不适感，易吸湿，在存放时需防水、防潮。其添加量一般为Thiopave用量的2%～3%[45]。

表170#A级道路石油沥青试验结果

技术指标试验结果技术要求（A级）

针入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm6760～80

延度（15 ℃）/cm>100≥100

软化点（环球法）/℃47.5≥46

闪点（COC）/℃298≥260

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.015实测记录

溶解度（三氯乙烯）/%99.7≥99

RTFOT试验质量损失/%0.07≤±0.8针入度比/%67.9≥61

延度（10 ℃）/cm8.3≥6

表2特种沥青试验结果

技术指标试验结果技术要求

针入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm5440～70

针入度指数PI0.13-1.5～+1.0

延度（15 ℃）/cm82>80

软化点（环球法）/℃54.0>50

60 ℃动力粘度/（Pa·s）462>300

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.036实测记录

TFOT（163 ℃，5 h）试验质量损失/%0.05<0.5

针入度比/%68.4>63

残留延度（10 ℃）/cm21>10

表3SBS改性沥青试验结果

技术指标试验结果技术要求（IC）

针入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm6460～80

延度（5 ℃，5 cm·min-1）/cm38≥30

软化点（环球法）/℃81≥55

闪点（COC）/℃248≮230

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.038实测记录

RTFOT试验质量损失/%-0.13≤±1.0

针入度比/%76≥60

延度（5 ℃）/cm26≥20

表4Thiopave 颗粒质量技术要求

项目技术要求测试方法

颜色灰色观察

形状半球体或球体观察

尺寸6.3 mm筛通过率大于95%GB/T 2449—2006

最小硫磺含量/%97GB/T 2449—2006

最大碳含量/%3GB/T 2449—2006

水分含量/%<0.5GB/T 2449—2006

1.3配合比

对各规格原材料进行筛分，并适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6 mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，并取中等偏高的空隙率计算配合比。具体合成级配如表5所示。

表5矿料合成级配设计

筛孔/mm31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075

ATB25/%10098.778.169.259.544.131.521.814.610.78.16.64.4

AC25/%10098.880.172.564.251.135.824.616.211.78.87.14.7

采用不同油石比成型马歇尔试件，最终确定配合比：普通ATB25混合料油石比为3.7%，ThiopaveATB25混合料油石比为4.3%，Thiopave与沥青比例为30∶70，抗剥落剂掺量为沥青质量的08%；普通SBS改性AC25沥青混合料油石比为4.0%，特种沥青+ThiopaveAC25混合料油石比为4.8%，Thiopave与沥青的比例为35∶65。

Thiopave混合料试件采用快速养生的方法：混合料成型后先冷却至室温，然后放入60 ℃的烘箱内养生24 h，接着在自然状态下冷却到室温，完成快速养生。

2Thiopave沥青混合料性能

2.1体积物理指标

通过马歇尔试验测定、计算相应体积指标，渗水试验采用10 cm轮碾车辙板，分两层，每层按照规范要求碾压成型。在渗水系数检验过程中发现ATB25、AC25的轮碾成型试件表面空隙较大，水会很快向四周扩散并从试件表面流出，无法准确测出其渗水性能，即横向渗水现象显著。为了准确验证其纵向渗水性，试验过程中将试件表面密封后再进行测量，试验结果如表6所示。

由表6可知，Thiopave沥青混合料的最佳胶结料用量（Thiopave+沥青）相比普通沥青有所增加，但实际沥青材料用量相对减小，可以有效地节约沥青用量，而体积指标差异不大；对于同级配混合料，沥青混合料室内纵向渗水试验效果变化不明显。

2.2高温稳定性

高温稳定性是评价沥青混合料性能的重要指标。在高温和荷载作用下，不良的高温稳定性将使

表6不同沥青混合料体积指标及渗水试验结果

混合料类型油石比/%毛体积密度/（g·cm-3）理论密度/（g·cm-3）VV/%VMA/%VFA/%渗水系数/（mL·min-1）

ATB253.72.5092.6284.512.663.9102

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）2.5272.6344.112.467.388

SBS改性AC254.02.5152.6194.012.568.255

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）2.5202.6304.213.067.752

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）2.5262.6374.212.867.0

沥青路面产生车辙、推拥等病害。分别采用马歇尔试验和车辙试验评价沥青混合料的高温稳定性。对ATB25沥青混合料，测定60 ℃、0.7 MPa下的动稳定度；对AC25混合料，分别测定其60 ℃、0.7 MPa和70 ℃、1.0 MPa下的动稳定度。车辙试验采用10 cm轮碾车辙板，分两层，每层按照规范要求碾压成型。相应试验结果如表7所示。

表7不同沥青混合料马歇尔及车辙试验结果

混合料类型油石比/%稳定度/kN流值/

0.1 mm动稳定度/（次·mm-1）

ATB253.725.88361 500

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）23.24393 236

SBS改性AC254.028.57387 408（4 185）

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）35.69377 443（3 331）

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）36.033710 846（4 616）

（1） 对于稳定度指标，ThiopaveATB25相比普通ATB25沥青混合料马歇尔稳定度指标略有降低；ThiopaveAC25沥青混合料稳定度随Thiopave用量的增大，变化不大，但明显高于SBS改性混合料的稳定度。说明级配不同，掺加Thiopave后混合料的稳定度变化趋势也不同，Thiopave对于AC型混合料稳定度的提高优于ATB型混合料。

（2） 对于车辙动稳定度指标，基质沥青ATB25掺入Thiopave后动稳定度大幅度提高，掺入35%Thiopave与SBS改性沥青动稳定度基本持平，掺入40%Thiopave时高于SBS改性沥青；且随Thiopave用量增大，动稳定度明显提高，从35%增大至45%后，60 ℃、70 ℃动稳定度分别提高了46%、39%。

2.3水稳定性

通常用残留稳定度和冻融劈裂强度比来评价沥青混合料的水稳定性。相比普通或改性沥青混合料，掺入Thiopave后，沥青混合料的残留强度比、残留稳定度均有所降低，说明Thiopave混合料水稳定性较普通混合料差；其中残留稳定度指标变化并不明显，而冻融劈裂残留强度比显著降低。通过掺入08%抗剥落剂，可改善水稳定度并达到规范要求；特种沥青具有一定的抗水损坏性能，水稳定性满足规范要求，不需另外加入抗剥落剂。

表8不同沥青混合料水稳定度指标试验结果

混合料类型油石比/%冻融劈裂试验残留强度比/%浸水马歇尔试验残留稳定度/%

ATB253.785.390.1

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）72.489.0

4.3（3.02）80.2

SBS改性AC254.086.293.2

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）82.687.8

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）83.288.1

3Thiopave沥青混合料的应用

在某高速公路工程中，对Thiopave沥青混合料进行了实际应用。ThiopaveATB25用于底面层，特种沥青+ThiopaveAC25用于中面层。经实际应用验证，Thiopave沥青混合料与常用的热拌沥青混合料所用生产、施工设备以及生产工艺基本一致，综合情况良好，也取得了一些经验。

3.1Thiopave的添加

生产Thiopave沥青混合料，需在拌和楼安装一套自动添加设备或以人工称重添加的方式将Thiopave改性剂投入拌和锅，大规模生产一般使用自动添加装置。在生产过程中发现，排除生产工艺参数控制因素，Thiopave颗粒在机械自动添加过程中会产生粉尘；当遇到高温的拌和锅、骨料时以人工称重的添加方式既费时、费力，而且质量、产量均无法保证。因此，需要开发一种性能更优良的Thiopave自动添加装置，或者改用其他投送添加方式。

3.2Thiopave的掺量

将特种沥青+ThiopaveAC25沥青混合料用于中面层时，考虑性能和造价，分别以Thiopave掺量为35%、40%铺筑试验段，混合料经抽检，常规室内试验指标均满足要求。然而路面铺筑后发现：掺入Thiopave改性剂的路段中面层存在微裂纹、局部松散、与底面层粘结不佳的现象，而掺量为35%路段中面层以及掺量为30%的底面层完成后情况较好。推测原因是Thiopave用量过大以及生产施工变异。后经适当提高沥青用量、降低拌和温度，最终实际铺装状况良好。

分析认为，Thiopave掺量为40%时已达到上限，掺加过量的Thiopave可能对路面产生不利影响；另外，虽然Thiopave用量从35%增加至40%，其室内试验性能提高较大，但在实际应用中应考虑到大规模应用条件与室内试验条件的偏差，不宜使Thiopave用量达到40%的上限，以免造成较大的质量控制风险。

3.3拌和及压实

在实际施工过程中，Thiopave出厂时温度为130 ℃～140 ℃，低于普通SBS改性沥青混合料。拌和场距施工现场约2 h运距，到现场损失较小，经同车辆后场和施工现场测定温度对比，温度变化基本在5 ℃以内，有较好的保温性能，不会对摊铺、碾压产生不利影响。摊铺后取芯检测压实度，结果均满足要求。可见，Thiopave混合料在降低拌合施工温度的同时，有很好的压实效果。

3.4混合料的气味

由于Thiopave沥青混合料含有硫磺，在高温生产、施工时会不可避免地产生一些刺激性气体，添加壳牌专用去味剂W3后有一定改善作用。由于Thiopave混合料与普通沥青混合料的味道差异性以及受众的敏感程度、适应性不同，作业及管理人员仍需做好严格的防控措施，生产企业要做好周边民众的协调、解释等相关工作。

4结语

（1） Thiopave的添加对体积指标影响不大，可节约沥青用量，有较好的经济效益。

（2） 从稳定度指标看，Thiopave对于AC型混合料的性能提高优于ATB型混合料；从动稳定度指标看，基质沥青掺入Thiopave后动稳定度大幅度提高，掺入35%Thiopave与SBS改性沥青动稳定度基本持平，掺入40%Thiopave的动稳定度高于SBS改性沥青，且随Thiopave用量增大，动稳定度的提高更加明显。

（3） 冻融劈裂残留强度比能很好地评价Thiopave混合料的水稳定性，试验结果表明其水稳定性较普通混合料差，但通过掺入0.8%抗剥落剂，可将水稳定性改善到规范要求；特种沥青具有一定抗水损坏性能，水稳定性满足规范要求，不须另外加入抗剥落剂。

（4） Thiopave混合料在降低拌和施工温度的同时，有很好的保温性能及压实效果。

（5） 实际铺装应用须控制Thiopave的掺加比例不超过40%，以减少质量风险。

（6） Thiopave混合料的生产中，应改进投送添加设备并保证安全，生产、施工各环节应采取措施，减少刺激性气体排放并做好防护。

参考文献：

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[责任编辑：王玉玲]